高中物理 第三章 磁场 第四节 通电导线在磁场中受到的力自我小测 新人教版选修31.docx
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高中物理第三章磁场第四节通电导线在磁场中受到的力自我小测新人教版选修31
2019-2020年高中物理第三章磁场第四节通电导线在磁场中受到的力自我小测新人教版选修3-1
一选择题(其中第1~5题为单选题,第6~7题为多选题)
1.关于电荷在磁场中的运动速度、磁场和电荷受到的洛伦兹力三者之间的方向关系如图所示,其中正确的是( )
2.关于电荷所受电场力和洛伦兹力,正确的说法是( )
A.电荷在磁场中一定受洛伦兹力作用
B.电荷在电场中一定受电场力作用
C.电荷所受电场力一定与该处电场方向一致
D.电荷所受的洛伦兹力不一定与磁场方向垂直
3.在匀强磁场中,一带电粒子沿着垂直磁感应强度的方向运动.现将该磁场的磁感应强度增大为原来的2倍,则该带电粒子受到的洛伦兹力( )
A.变为原来的B.增大为原来的4倍
C.减小为原来的D.增大为原来的2倍
4.每时每刻都有大量宇宙射线向地球射来,地磁场可以改变射线中大多数带电粒子的运动方向,使它们不能到达地面,这对地球上的生命有十分重要的意义.假设有一个带正电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来,在地磁场的作用下,它将( )
A.向东偏转B.向南偏转C.向西偏转D.向北偏转
5.带电油滴以水平速度v0垂直进入磁场,恰做匀速直线运动,如图所示,若油滴质量为m,磁感应强度为B,则下列说法正确的是( )
A.油滴必带正电荷,电荷量为
B.油滴必带负电荷,比荷
C.油滴必带正电荷,电荷量为
D.油滴带什么电荷都可以,只要满足q=
6.电荷量为+q的粒子在匀强磁场中运动,下列说法中正确的是( )
A.只要速度大小相同,所受洛伦兹力就相同
B.若把+q改为-q,且速度反向、大小不变,则洛伦兹力的大小、方向均不变
C.洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直,也一定与磁场方向垂直
D.粒子在只受洛伦兹力作用下运动的动能、速度均不变
7.如图所示,在平行带电金属板间有垂直纸面向里的匀强磁场,质子、氘核、氚核沿平行于金属板方向,以相同动能射入两极板间,其中氘核沿直线运动,未发生偏转,质子和氚核发生偏转后射出,则( )
A.偏向正极板的是质子B.偏向正极板的是氚核
C.射出时动能最大的是质子D.射出时动能最大的是氚核
二、非选择题
8.如图所示为一电磁流量计的示意图,截面为一正方形的非磁性管,其每边长为d,内有导电液体流动,在垂直液体流动的方向加一指向纸里的匀强磁场,磁感应强度为B.现测得液体表面M、N两点间电势差为U,求管内导电液体的流量Q.
9.质量为m,电荷量为q的微粒,以速度v与水平方向成45°进入匀强电场和匀强磁场同时存在的空间,如图所示,微粒在电场、磁场、重力场的共同作用下做匀速直线运动,求:
(1)电场强度的大小;
(2)磁感应强度的大小,该带电粒子带何种电荷.
参考答案
1.解析:
根据左手定则,A中电荷所受洛伦兹力方向向下,选项A正确;B中电荷所受洛伦兹力方向向下,选项B错误;C中电荷运动方向与磁场方向平行,不受洛伦兹力,选项C错误;D中电荷所受洛伦兹力方向垂直纸面向外,选项D错误.
答案:
A
2.解析:
电荷在电场中一定受电场力作用,但在磁场中,只有电荷运动并且运动方向与磁场方向不平行时才受磁场力作用,选项A错误,选项B正确.电荷受电场力的方向与电场方向相同或相反,电荷若受磁场力,则磁场力方向与磁场方向一定垂直,选项C、D错误.
答案:
B
3.解析:
由洛伦兹力的公式F==qvB可知,磁感应强度增大为原来的2倍,带电粒子受到的洛伦兹力也增大为原来的2倍.
答案:
D
4.解析:
地磁场方向由南向北;由左手定则可判定带正电的粒子在赤道上受到向东的洛伦兹力,选项A正确.
答案:
A
5.解析:
油滴水平向右匀速运动,其所受洛伦兹力必向上与重力平衡,故带正电,其电荷量q==,选项C正确.
答案:
C
6.解析:
因为洛伦兹力的大小不但与粒子速度大小有关,而且与粒子速度的方向有关,选项A错误;因为把+q改为-q且速度反向时,由左手定则可知洛伦兹力方向不变,再由F==qvB知大小不变,选项B正确;洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直,也一定与磁场方向垂直,选项C正确;因为洛伦兹力总与速度方向垂直,因此洛伦兹力不做功,粒子动能不变,但洛伦兹力可以改变粒子的运动方向,使粒子速度的方向不断改变,选项D错误.
答案:
BC
7.解析:
质子、氘核、氚核分别为、、,由于它们的动能相同,由Ek==mv2得,v==,v质子>>v氘>>v氚,根据氘核未发生偏转分析可知,氚核偏向电场力方向,偏向负极、电场力做正功、动能增大,质子偏向洛伦兹力方向即偏向正极板,电场力做负功、动能减小,选项A、D正确.
答案:
AD
8.解析:
M、N两点电势差达到稳定的条件q==qvB
解得导电液体的流速v==
导电液体的流量Q==Sv====.
答案:
9.解析:
(1)带电粒子做匀速直线运动,经受力分析(受力图如图)可知,该粒子一定带正电.
由平衡条件得,mgsin45°=Eqsin45°,所以E=.
(2)由平衡条件得,=qvB,所以B=.
答案:
(1)
(2) 正
2019-2020年高中物理第三章磁场测评A新人教版选修3-1
一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。
其中第1~5题为单选题;第6~8题为多选题,全部选对得6分,选不全得3分,有选错或不答的得0分)
1.下列关于电场和磁场的说法中正确的是( )
A.电场线和磁感线都是封闭曲线
B.电场线和磁感线都是不封闭曲线
C.通电导线在磁场中一定受到磁场力的作用
D.电荷在电场中一定受到静电力的作用
解析:
磁感线是封闭曲线,电场线不是封闭曲线,选项A、B错误;当通电导线与磁场方向平行时,不受磁场力的作用,但电荷在电场中一定受到静电力的作用,选项C错误,选项D正确。
答案:
D
2.如图所示,ab、cd是两根在同一竖直平面内的直导线,在两导线中央悬挂一个小磁针,静止时小磁针和直导线在同一竖直平面内,当两导线中通以大小相等的电流时,小磁针N极垂直纸面向里转动,则两导线中的电流方向( )
A.一定都向上
B.一定都向下
C.ab中电流向下,cd中电流向上
D.ab中电流向上,cd中电流向下
解析:
小磁针的N极垂直纸面向里偏转,说明两导线间的磁场方向垂直纸面向里,由安培定则可以判断,ab中电流向上,cd中电流向下。
答案:
D
3.磁场中某区域的磁感线如图所示,则( )
A.A、B两处的磁感应强度的大小不等,BA>BB
B.A、B两处的磁感应强度的大小不等,BA C.同一通电导线放在A处受力一定比放在B处受力大 D.同一通电导线放在A处受力一定比放在B处受力小 解析: 由磁感线的疏密可知BA>BB,通电导线所受安培力与通电导线的放置有关,通电导线放在A处与放在B处受力大小无法确定。 答案: A 4.速率相同的电子垂直磁场方向进入四个不同的磁场,其轨迹如图所示,则磁场最强的是( ) 解析: 由qvB=m得r=,速率相同时,半径越小,磁场越强,选项D正确。 答案: D 5.如图所示,MN板两侧都是磁感强度为B的匀强磁场,方向如图所示,带电粒子(不计重力)从a位置以垂直B方向的速度v开始运动,依次通过小孔b、c、d,已知ab=bc=cd,粒子从a运动到d的时间为t,则粒子的比荷为( ) A. B. C.D. 解析: 粒子运动周期T=,从a运动到d经历三个半圆周,故t=,解得,D项正确。 答案: D 6.如图所示,一根质量为m的金属棒AC用软线悬挂在磁感应强度为B的匀强磁场中,通入A→C方向的电流时,悬线张力不为零,欲使悬线张力为零,可以采用的办法是( ) A.不改变电流和磁场方向,适当增大电流 B.只改变电流方向,并适当减小电流 C.不改变磁场和电流方向,适当增大磁感应强度 D.只改变磁场方向,并适当减小磁感应强度 解析: 通入A→C方向的电流时,由左手定则可知,安培力方向垂直金属棒向上,2T+F安=mg,F安=BIL;欲使悬线张力为零,需增大安培力,但不能改变安培力的方向,选项A、C正确。 答案: AC 7.如图所示的四种情况中,对各粒子所受洛伦兹力方向的描述正确的是( ) 解析: 由左手定则可判断A图中洛伦兹力的方向垂直于v向左上方,B图中洛伦兹力的方向垂直于纸面向里,C图中洛伦兹力的方向垂直于纸面向里,D图中洛伦兹力的方向垂直于纸面向里,故选项B、D正确。 答案: BD 8.如图是质谱仪的工作原理示意图。 带电粒子被加速电场加速后,进入速度选择器。 速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E。 平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2。 平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场。 下列表述正确的是( ) A.质谱仪是分析同位素的重要工具 B.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 C.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于 D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的比荷越小 解析: 由加速电场可见粒子所受静电力向下,即粒子带正电,在速度选择器中,静电力水平向右,洛伦兹力水平向左,因此速度选择器中磁场方向垂直纸面向外;经过速度选择器时满足qE=qvB,可知能通过狭缝P的带电粒子的速率等于,带电粒子进入磁场做匀速圆周运动,则有R=,可见当v相同时,R∝,所以可以用来区分同位素,且R越大,比荷就越小,D错误。 答案: ABC 二、实验题(本题共2小题,共18分。 把答案填在题中的横线上) 9.(8分)实验室里可以用图甲所示的罗盘估测条形磁铁磁场的磁感应强度。 方法如图乙所示,调整罗盘,使小磁针静止时N极指向罗盘上的零刻度(即正北方向),将条形磁铁放在罗盘附近,使罗盘所在处条形磁铁的方向处于东西方向上,此时罗盘上的小磁针将转过一定角度。 若已知地磁场的水平分量Bx,为计算罗盘所在处条形磁铁磁场的磁感应强度B,则只需知道 ,磁感应强度的表达式为B= 。 解析: 根据题意,指针指向条形磁铁磁场与与地磁场水平分量磁场的合磁场方向。 条形磁铁磁场在小磁针处的磁感应强度方向为正东方向,设小磁针静止时N极与正北方向的夹角为θ,则B=Bxtanθ。 答案: 罗盘上指针的偏转角 Bxtanθ 10.(10分)一劲度系数为k的轻质弹簧,下端挂有一匝数为n的矩形线框abcd,bc边长为L,线框的下半部处在匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向与线框平面垂直,在图中垂直于纸面向里。 线框中通以电流I,方向如图所示,开始时线框处于平衡状态。 令磁场反向,磁感应强度的大小为B,线框达到新的平衡。 在此过程中线框位移的大小Δx= ,方向 。 解析: 设线框的质量为m,bc边受到的安培力为F=nIBL。 当电流如图所示时,设弹簧伸长量为x1,平衡时mg-F=kx1,当磁场反向后,设弹簧伸长量为x2,平衡时mg+F=kx2,所以磁场反向后线框的位移大小为Δx=x2-x1=,方向向下。 答案: 向下 三、解答题(本题共3小题,共34分。 解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位) 11.(10分)电磁炮是一种理想的兵器,它的主要原理如图所示。 1982年澳大利亚制成了能把2.2kg的弹体(包括金属杆EF的质量)加速到10km/s的电磁炮(常规炮弹的速度约为2km/s)。 若轨道宽为2m,长100m,通过的电流为10A,则轨道间所加匀强磁场的磁感应强度多大? 磁场力的最大功率为多大? (轨道摩擦不计,不考虑导体棒切割磁感线) 解析: 根据动能定理得 BILs=mv2 解得B=5.5×104T 速度最大时磁场力的功率最大,则 P=BILv=5.5×104×10×2×104W=1.1×1010W。 答案: 5.5×104T 1.1×1010W 12.(10分)如图所示,直线MN上方存在垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场,现有一质量为m、电荷量为+q的粒子在纸面内以某一速度从A点射入,其方向与MN成30°角,A点到MN的距离为d,带电粒子重力不计。 (1)当v满足什么条件时,粒子能回到A点; (2)粒子在磁场中运动的时间t。 解析: (1)粒子运动轨迹如图所示,由图示的几何关系可知 r=2×=2d 粒子在磁场中的轨道半径为r,则有qvB=m 联立两式得v= 此时粒子可按图中轨迹回到A点。 (2)由图可知,粒子在磁场中运动的圆心角为300° 所以t=T=。 答案: (1) (2) 13.(14分)如图所示,两平行金属板间距为d,电势差为U,板间电场可视为匀强电场;金属板下方有一磁感应强度为B的匀强磁场。 电荷量为+q、质量为m的粒子,由静止开始从正极板出发,经电场加速后射出,并进入磁场做匀速圆周运动。 忽略重力的影响,求: (1)匀强电场场强E的大小; (2)粒子从电场射出时速度v的大小; (3)粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R。 解析: (1)由平行板电容器电场强度的定义式可知,电场强度的大小为E=。 (2)根据动能定理得qU=mv2 解得v=。 (3)粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力得qvB=m 解得R=。 答案: (1) (2) (3)
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